高温融体物性を利用した窒化ケイ素の液相焼結プロセス解明とその最適化

利用高温熔融特性阐明和优化氮化硅的液相烧结工艺

• 批准号: 04J06524
• 负责人: 齊藤 敬高
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04J06524/
• 关键词: 高温融体物性; 希土類酸化物融体; 窒化ケイ素溶解度; 異方性オストワルド成長; イオン半径; 粘性; 表面張力; 濡れ性; 窒素溶解度

本研究では,代表的な窒化ケイ素セラミックスの焼結助剤であるRE-Mg-Si-O-N(RE=Y,Gd,Nd and La)系オキシナイトライド融体中における,窒化ケイ素の結晶成長の動力学に及ぼす希土類酸化物の影響を高温融体物性の観点から速度論的に解釈した.RE-Mg-Si-O-N系において,イオン半径の小さい希土類を含む系ほどα-β相転移速度が大きいことを明らかにした.また,La-Mg-Si-O-N融体中のβ-Si_3N_4結晶は長さ方向に広い分布を持つことがわかった.一方,Y-Mg-Si-O-N融体中においては長さ方向だけでなく幅方向へも広い分布を持ち,GdおよびNdを含む系は両者の中間の分布を示した.さらに,La-Mg-Si-O-N融体中のβ-Si_3N_4結晶の平均アスペクト比は保持時間にともなって徐々に増加することがわかった.また,他の希土類酸化物を含む系では平均アスペクト比は保持時間256minまで直線的に増加し,その後一様に減少した.以上の変化は,窒化ケイ素のα-β相転移および異方性オストワルド成長によるものであることを明らかにした.以上,定量的に評価した窒化ケイ素セラミックスの結晶成長挙動を結晶面の化学ポテンシャルを成長の駆動力とする異方性オストワルド成長のモデルを用いて速度論的に解析した.このとき,本研究で測定したRE_2O_3-MgO-SiO_2系融体の高温融体物性データをもとに,数値解析に必要なパラメータ(界面エネルギーおよび拡散定数)を算出し,(101^^-0)面の界面反応定数の比をY:Gd:Nd:La=100:10:5:1としてRE-Mg-Si-O-N系融体中におけるβ-Si_3N_4の平均アスペクト比を再現することができた.以上のシミュレーション結果から,β-Si_3N_4結晶成長の律速段階は界面反応であり,β-Si_3N_4結晶のモフォロジーを決定的に変化させているのは(101^^-0)面の界面反応であることが推測できた.

在本研究中，我们研究了 RE-Mg-Si-O-N（RE=Y、Gd、Nd 和从高温熔体物性的角度出发，从动力学角度解释了稀土氧化物对La)系氮氧化物熔体中氮化硅晶体生长动力学的影响。在RE-Mg-Si-O-N体系中，离子半径较小。结果表明,含有稀土元素的体系中α-β相变速率较高。同时发现La-Mg-Si-O-N熔体中的β-Si_3N_4晶体在长度方向上分布较宽。另一方面，Y-Mg-Si-O-N熔体其中，不仅在长度方向上而且在宽度方向上都有较宽的分布，而含有Gd和Nd的体系则表现出介于两者之间的中间分布。此外，La-Mg-Si-O-N熔体中的β-Si_3N_4晶体的平均长径比为此外，在含有其他稀土氧化物的体系中，平均长径比在保持时间为256分钟之前线性增加，然后氮化硅的α-β相变均匀下降。我们已经表明，定量评估的氮化硅陶瓷的晶体生长行为是由于各向异性奥斯特瓦尔德生长，其中晶面的化学势是生长的驱动力。此时，数值分析所需的参数（界面能和扩散常数）， RE-Mg-Si-O-N体系熔体中β-Si_3N_4的平均长径比，假设(101^^-0)面界面反应常数之比为Y:Gd:Nd:La=100:10 :5:1 我能够重现上述场景。模拟结果表明，β-Si_3N_4晶体生长的决定速率步骤是界面反应，并且正是(101^^-0)面上的界面反应决定性地改变了β-Si_3N_4晶体的形貌。我能猜到。

项目成果

RE(RE=Y,Gd,Nd and La)-Mg-Si-O-N系融体中におけるβ-窒化ケイ素の結晶成長

RE(RE=Y,Gd,Nd,La)-Mg-Si-O-N系熔体中β-氮化硅的晶体生长

• 发表时间: 2005
• 期刊: 日本金属学会誌 69
• 作者: Nonami A;Taketomi T;Kimura A;Saeki K;Takaki H;et al.;Hiroki Tanaka;Hiroki Tanaka et al.;Hiroki Tanaka;Yuji Sugihara et al.;Hiromichi Tsumori et al.;Hiromichi Tsumori et al.;Yuji Sugihara et al.;津守博通 ら;中田大司ら
• 通讯作者: 中田大司ら